CN112830577A - 一种基于mabr的一段式egsb厌氧氨氧化装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置属于污水处理设备的领域。本装置将MABR与EGSB进行耦合，通过供氧的调控运行，实现AOB的有效富集及NOB的淘汰，为厌氧氨氧化反应的有效进行，提供基质保障；MABR膜组件在满足精确供氧的同时，也充当生物载体，生物膜的生物量大、食物链长、AOB不易流失；将MABR的AOB反应区与颗粒污泥厌氧氨氧化反应区分隔开来，分别设置在线监测反馈系统和回流调控系统，在分别满足两个反应区优化调控的同时，使EGSB系统运行效率最大化；MABR膜组件曝气能耗低，降低系统整体运行成本；EGSB内回流系统灵活多变，既满足两个反应区的运行要求，又可以实现MABR膜组件生物膜厚度的冲洗调控。

Description

一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置
技术领域
本发明属于污水处理设备的领域，具体涉及一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置。
背景技术
一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺将短程硝化与厌氧氨氧化进行耦合，在一个反应器内实现NH4 +亚硝化和厌氧氨氧化反应的同步进行，适用于较高NH4 +-N浓度废水的处理(如：工业废水、垃圾渗沥液、养殖废水、污泥消化液等)，与传统脱氮工艺相比，脱氮效率高，曝气能耗低。此外，该脱氮工艺以厌氧氨氧化菌独特的生理代谢途径为基础，脱氮过程不需要有机物参与，因此脱氮效果不受进水有机物不足的影响。
NH4 ++1.5O2→NO2 -+2H++H2O (1-1)
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O(1-2)
由其反应原理(1-1)、(1-2)可知，一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺反应过程中的限速步骤为短程硝化，是由氨氧化细菌(ammnia-oxidizing bacteria，AOB)将NH4 +-N转化为NO2 --N，为后续厌氧氨氧化反应的顺利进行提供反应底物。在曝气过量的工况下，亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria，NOB)将NO2 --N进一步氧化成NO3 --N，不利于厌氧氨氧化反应。如何通过精确有效的曝气控制，实现AOB的有效富集及NOB的淘汰是目前一段式短程硝化-厌氧氨氧化系统的主要技术瓶颈。
膜曝气生物反应器(Membrane Aerated Biofilm Reactor，MABR)以透气性膜材料进行曝气供氧，氧以溶解扩散或微泡/无泡的形式进行传递，同时透气膜比表面积大，易于微生物的附着生长，形成生物膜。依据污染物负荷、生物膜活性，曝气膜向生物膜实时按需供氧，生物膜内氧浓度梯度形成动态分布，氧浓度与污染物浓度逆向传递，最大程度实现精确供氧。
膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed，EGSB)反应器通过内回流系统的优化调控，为生化反应区提供合理稳定的上升流速及流态，在培养厌氧氨氧化颗粒污泥、生物膜形成及厚度控制等方面具有显著优势，同时，通过内回流参数灵活调控，加大了废水中基质与微生物接触，有效强化了反应物之间的传质效果，提高了反应器的生化反应速度及抗冲击能力。
综上所述，利用EGSB反应器内回流系统流态调控及基质接触的优势，将能够进行精确供氧的MABR与其进行耦合，通过内回流系统的灵活调控，氧气的精确供给，实现AOB的有效富集及NOB的淘汰，为一段式EGSB厌氧氨氧化反应器的高效稳定运行提供技术参考。
发明内容
本发明的目的在于解决一段式EGSB厌氧氨氧化反应器处理高NH4 +-N废水时，AOB难以有效富集的问题。
一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，本发明装置图如附图1所示，具体特征在于：
一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置包括：装置主体(1)；厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)；筛板法兰(1-2)；MABR反应区(1-3)；三相分离器(2)；内回流总阀门(3)；第一内回流阀门(4)；第二内回流阀门(5)；第一内回流流量计(6)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)；第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)；第一内回流泵(12)；第一穿孔布水器(13)；第二穿孔布水器(14)；进水箱(15)；进水流量计(16)；进水阀门(17)；进水泵(18)；空气过滤器(19)；进气阀门(20)；曝气风机(21)；进气流量计(22)；MABR膜组件(23)；尾气氧浓度测定仪(24)；尾气阀门(25)；尾气流量计(26)；在线监测电极(27)；在线监测电极(28)；自控系统(29)；出水溢流堰(30)；U型出水口(31)；产气阀门(32)；反应器放空阀(33)；
所述的装置主体(1)由筛板法兰(1-2)分为厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)和MABR反应区(1-3)；
所述的厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)和MABR反应区(1-3)的体积比维持在1:1-3:1之间；
所述的筛板法兰(1-2)孔径范围1-3mm，用于截留MABR膜组件(23)表面脱落的生物膜进入厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)；
所述的装置主体(1)内回流系统包括：内回流总阀门(3)；第一内回流阀门(4)；第二内回流阀门(5)；第一内回流流量计(6)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)；第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)；第一内回流泵(12)；第一穿孔布水器(13)；第二穿孔布水器(14)；
内回流总阀门(3)依次连接第一内回流阀门(4)；第一内回流流量计(6)；第一内回流泵(12)和第一穿孔布水器(13)；内回流总阀门(3)依次连接第二内回流阀门(5)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)和第二穿孔布水器(14)；第一穿孔布水器(13)设置在MABR反应区(1-3)内；第二穿孔布水器(14)设置在厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)内；
第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)和MABR反应区(1-3)构成一个循环；
所述的MABR膜组件(23)尾气系统包括：尾气氧浓度测定仪(24)，尾气阀门(25)和尾气流量计(26)，用于氧气利用效率的计算及曝气参数的调控；
所述的MABR膜组件(23)为中空纤维膜，膜孔径范围0.01-0.5μm，膜孔隙率30-90％，膜组件表面附着生长生物膜；
所述的空气过滤器(19)；进气阀门(20)；曝气风机(21)；进气流量计(22)共同组成曝气系统，其中空气过滤器(19)用于空气的除湿、除尘及压力调控，进气压力300-350mbar；
所述的在线监测电极(27)；在线监测电极(28)和自控系统(29)共同组成在线反馈调控系统，用于实时监控反馈MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)末端的NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N数值。
基于上述装置，发明一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，具体操作步骤如下：
(一)进水操作：打开进水阀门(17)，启动进水泵(18)，通过进水流量计(16)进行流量设置，进水箱(15)内的原水由第一穿孔布水器(13)，进入装置主体(1)；
(二)进气操作：打开进气阀门(20)，启动曝气风机(21)，通过进气流量计(22)进行气量设置，空气经空气过滤器(19)除尘、除湿，控压后，进入MABR膜组件(23)；
(三)尾气监测：打开尾气阀门(25)，MABR膜组件(23)尾气进行排放，记录尾气氧浓度测定仪(24)和尾气流量计(26)数值，用于氧气利用效率的计算及曝气参数的调控；
(四)回流操作：MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)均设有独立回流系统，分别根据在线监测电极(27)和在线监测电极(28)监测数值进行回流调控：
MABR反应区(1-3)：打开第三内回流阀门(9)，启动第三内回流泵(11)，根据在线监测电极(27)监测数值，调节第三内回流流量计(10)，维持NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间；
厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)：打开内回流总阀门(3)，打开第二内回流阀门(5)，启动第二内回流泵(8)，根据在线监测电极(28)监测数值，调节第二内回流流量计(7)，维持NH4 +-N和NO2 --N浓度均不高于10mg/L；
(五)MABR冲洗操作：MABR膜组件(23)表面生物膜不宜过厚，需要定期进行冲洗，淘汰老化的生物层，打开第一内回流阀门(4)，启动第一内回流泵(12)，调节第一内回流流量计(6)，MABR膜组件(23)生物膜进行10min/48h冲洗；
所述的步骤(二)、(三)，通过进气流量计(22)进行气量设置，空气过滤器(19)进行除尘、除湿，控压，尾气氧浓度测定仪(24)和尾气流量计(26)数值监测，对氧气利用效率进行计算，实现精确供氧调控；
所述的步骤(四)，通过在线监测电极(27)和在线监测电极(28)的监测反馈，对MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)进行灵活的回流调控，使MABR反应区(1-3)末端水质满足厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)进水NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间的要求，同时对厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)出水水质实时调控；
所述的步骤(五)，在回流操作(四)运行的工况下，通过第一内回流阀门(4)的开闭，第一内回流泵(12)的启停，第一内回流流量计(6)的调节，完成对MABR膜组件(23)表面生物膜的定期冲洗。
本发明与现有一段式EGSB厌氧氨氧化装置相比，具有下列优点：
(1)将MABR与EGSB进行耦合，通过精确供氧的调控运行，实现AOB的有效富集及NOB的淘汰，为厌氧氨氧化反应的有效进行，提供基质保障；
(2)MABR膜组件在满足精确供氧的同时，也充当生物载体，生物膜的生物量大、食物链长、AOB不易流失；
(3)将MABR的AOB反应区与颗粒污泥厌氧氨氧化反应区分隔开来，分别设置在线监测反馈系统和回流调控系统，在分别满足两个反应区优化调控的同时，使EGSB系统运行效率最大化；
(4)MABR膜组件曝气能耗低，降低系统整体运行成本；
(5)EGSB内回流系统灵活多变，既满足两个反应区的运行要求，又可以实现MABR膜组件生物膜厚度的冲洗调控。
附图说明
图1本发明装置的示意图。
装置主体(1)；厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)；筛板法兰(1-2)；MABR反应区(1-3)；三相分离器(2)；内回流总阀门(3)；第一内回流阀门(4)；第二内回流阀门(5)；第一内回流流量计(6)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)；第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)；第一内回流泵(12)；第一穿孔布水器(13)；第二穿孔布水器(14)；进水箱(15)；进水流量计(16)；进水阀门(17)；进水泵(18)；空气过滤器(19)；进气阀门(20)；曝气风机(21)；进气流量计(22)；MABR膜组件(23)；尾气氧浓度测定仪(24)；尾气阀门(25)；尾气流量计(26)；在线监测电极(27)；在线监测电极(28)；自控系统(29)；出水溢流堰(30)；U型出水口(31)；产气阀门(32)；反应器放空阀(33)；
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的实施方式进行说明。
所述的厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)和MABR反应区(1-3)的体积比维持在1:1之间；
所述的筛板法兰(1-2)孔径范围1.5mm，用于截留MABR膜组件(23)表面脱落的生物膜进入厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)；
所述的MABR膜组件(23)为中空纤维膜，膜孔径0.01μm，膜孔隙率75％，膜组件表面附着生长生物膜；膜组件尾气系统包括：尾气氧浓度测定仪(24)；尾气阀门(25)；尾气流量计(26)，用于氧气利用效率的计算及曝气参数的调控；
所述的空气过滤器(19)；进气阀门(20)；曝气风机(21)；进气流量计(22)共同组成曝气系统，其中空气过滤器(19)用于空气的除湿、除尘及压力调控，进气压力300mbar。
一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，实施操作步骤如下：
(一)进水操作：打开进水阀门(17)，启动进水泵(18)，通过进水流量计(16)进行流量设置，进水箱(15)内的原水由第一穿孔布水器(13)，进入装置主体(1)；
(二)进气操作：打开进气阀门(20)，启动曝气风机(21)，通过进气流量计(22)进行气量设置，空气经空气过滤器(19)除尘、除湿，控压后，进入MABR膜组件(23)；
(三)尾气监测：打开尾气阀门(25)，MABR膜组件(23)尾气进行排放，记录尾气氧浓度测定仪(24)和尾气流量计(26)数值，用于氧气利用效率的计算及曝气参数的调控；
(四)回流操作：MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)均设有独立回流系统，分别根据在线监测电极(27)和在线监测电极(28)监测数值进行回流调控：
MABR反应区(1-3)：打开第三内回流阀门(9)，启动第三内回流泵(11)，根据在线监测电极(27)监测数值，调节第三内回流流量计(10)，维持NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间；
厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)：打开内回流总阀门(3)，打开第二内回流阀门(5)，启动第二内回流泵(8)，根据在线监测电极(28)监测数值，调节第二内回流流量计(7)，维持NH4 +-N和NO2 --N浓度均不高于5mg/L；
(五)MABR冲洗操作：MABR膜组件(23)表面生物膜不宜过厚，需要定期进行冲洗，淘汰老化的生物层，打开第一内回流阀门(4)，启动第一内回流泵(12)，调节第一内回流流量计(6)，MABR膜组件(23)生物膜进行10min/48h冲洗；
实施例1
(1)EGSB反应器启动驯化：
向MABR反应区(1-3)接种絮体AOB污泥，接种浓度4g/L；
向厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)接种厌氧氨氧化颗粒污泥，粒径2mm左右，接种浓度8g/L；
进水NH4 +-N浓度控制在50-100mg/L，进水pH控制在7.5-7.8，同时投加微量元素及营养盐，具体配方如下：
表1.微量元素及营养盐配方
Figure BDA0002967070950000071
启动驯化阶段，MABR反应区(1-3)，打开第三内回流阀门(9)，启动第三内回流泵(11)，根据在线监测电极(27)监测数值，调节第三内回流流量计(10)，维持NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间；
厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)：打开内回流总阀门(3)，打开第二内回流阀门(5)，启动第二内回流泵(8)，根据在线监测电极(28)监测数值，调节第二内回流流量计(7)，维持NH4 +-N和NO2 --N浓度均低于5mg/L；
在上述驯化工况下，经过120d运行，NH4 +-N去除率达到95％以上，出水NO3 --N浓度约15mg/L，符合理论生成量，MABR膜组件表面形成生物膜，厌氧氨氧化污泥浓度提升至10g/L。
(2)EGSB反应器稳定运行：在启动驯化成功的基础上，将进水NH4 +-N浓度控制在150mg/L，进水pH控制在7.5-7.8，微量元素及营养盐的投加浓度不变；
MABR反应区(1-3)，打开第三内回流阀门(9)，启动第三内回流泵(11)，根据在线监测电极(27)监测数值，调节第三内回流流量计(10)，维持NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间；
厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)，打开内回流总阀门(3)，打开第二内回流阀门(5)，启动第二内回流泵(8)，根据在线监测电极(28)监测数值，调节第二内回流流量计(7)，维持NH4 +-N和NO2 --N浓度均低于5mg/L，NH4 +-N去除率维持95％以上，出水NO3 --N浓度约20mg/L，符合理论生成量。
(3)MABR冲洗操作：EGSB反应器稳定运行期间，MABR膜组件进行定期冲洗，打开第一内回流阀门(4)，启动第一内回流泵(12)，调节第一内回流流量计(6)，MABR膜组件(23)生物膜进行10min/48h冲洗。
(4)与传统EGSB相比，在同等运行规模及水质条件下，基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置运行稳定性更好，曝气能耗节省35％左右。
以上所述仅是本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明主要结构及原理的前提下，还可以做出其他改进和变形，这些改进与变形同样视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，其特征是：包括装置主体(1)；厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)；筛板法兰(1-2)；MABR反应区(1-3)；三相分离器(2)；内回流总阀门(3)；第一内回流阀门(4)；第二内回流阀门(5)；第一内回流流量计(6)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)；第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)；第一内回流泵(12)；第一穿孔布水器(13)；第二穿孔布水器(14)；进水箱(15)；进水流量计(16)；进水阀门(17)；进水泵(18)；空气过滤器(19)；进气阀门(20)；曝气风机(21)；进气流量计(22)；MABR膜组件(23)；尾气氧浓度测定仪(24)；尾气阀门(25)；尾气流量计(26)；在线监测电极(27)；在线监测电极(28)；自控系统(29)；出水溢流堰(30)；U型出水口(31)；产气阀门(32)；反应器放空阀(33)；
所述的装置主体(1)由筛板法兰(1-2)分为厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)和MABR反应区(1-3)；
所述的装置主体(1)内回流系统包括：内回流总阀门(3)；第一内回流阀门(4)；第二内回流阀门(5)；第一内回流流量计(6)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)；第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)；第一内回流泵(12)；第一穿孔布水器(13)；第二穿孔布水器(14)；
内回流总阀门(3)依次连接第一内回流阀门(4)；第一内回流流量计(6)；第一内回流泵(12)和第一穿孔布水器(13)；内回流总阀门(3)依次连接第二内回流阀门(5)；第二内回流流量计(7)；第二内回流泵(8)和第二穿孔布水器(14)；第一穿孔布水器(13)设置在MABR反应区(1-3)内；第二穿孔布水器(14)设置在厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)内；
第三内回流阀门(9)；第三内回流流量计(10)；第三内回流泵(11)和MABR反应区(1-3)构成一个循环；
所述的MABR膜组件(23)尾气系统包括：尾气氧浓度测定仪(24)；尾气阀门(25)和尾气流量计(26)，用于氧气利用效率的计算及曝气参数的调控；
所述的空气过滤器(19)；进气阀门(20)；曝气风机(21)；进气流量计(22)共同组成曝气系统，其中空气过滤器(19)用于空气的除湿、除尘及压力调控，进气压力300-350mbar；
所述的在线监测电极(27)；在线监测电极(28)和自控系统(29)共同组成在线反馈调控系统，用于实时监控反馈MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)末端的NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N数值。
2.根据权利要求1所述的一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，其特征是：所述的厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)和MABR反应区(1-3)的体积比维持在1:1-3:1之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，其特征是：所述的筛板法兰(1-2)孔径范围1-3mm，用于截留MABR膜组件(23)表面脱落的生物膜进入厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)。
4.根据权利要求1所述的一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置，其特征是：所述的MABR膜组件(23)为中空纤维膜，膜孔径范围0.01-0.5μm，膜孔隙率30-90％，膜组件表面附着生长生物膜。
5.应用权利要求1所述的一种基于MABR的一段式EGSB厌氧氨氧化装置的方法，其特征在于：
(一)进水操作：打开进水阀门(17)，启动进水泵(18)，通过进水流量计(16)进行流量设置，进水箱(15)内的原水由第一穿孔布水器(13)，进入装置主体(1)；
(二)进气操作：打开进气阀门(20)，启动曝气风机(21)，通过进气流量计(22)进行气量设置，空气经空气过滤器(19)除尘、除湿，控压后，进入MABR膜组件(23)；
(三)尾气监测：打开尾气阀门(25)，MABR膜组件(23)尾气进行排放，记录尾气氧浓度测定仪(24)和尾气流量计(26)数值，用于氧气利用效率的计算及曝气参数的调控；
(四)回流操作：MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)均设有独立回流系统，分别根据在线监测电极(27)和在线监测电极(28)监测数值进行回流调控：
MABR反应区(1-3)：打开第三内回流阀门(9)，启动第三内回流泵(11)，根据在线监测电极(27)监测数值，调节第三内回流流量计(10)，维持NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间；
厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)：打开内回流总阀门(3)，打开第二内回流阀门(5)，启动第二内回流泵(8)，根据在线监测电极(28)监测数值，调节第二内回流流量计(7)，维持NH4 +-N和NO2 --N浓度均不高于10mg/L；
(五)MABR冲洗操作：MABR膜组件(23)表面生物膜不宜过厚，需要定期进行冲洗，淘汰老化的生物层，打开第一内回流阀门(4)，启动第一内回流泵(12)，调节第一内回流流量计(6)，MABR膜组件(23)生物膜进行10min/48h冲洗；
所述的步骤(二)、(三)，通过进气流量计(22)进行气量设置，空气过滤器(19)进行除尘、除湿，控压，尾气氧浓度测定仪(24)和尾气流量计(26)数值监测，对氧气利用效率进行计算，实现精确供氧调控；
所述的步骤(四)，通过在线监测电极(27)和在线监测电极(28)的监测反馈，对MABR反应区(1-3)和厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)进行灵活的回流调控，使MABR反应区(1-3)末端水质满足厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)进水NH4 +-N与NO2 --N质量浓度比在1:1-1:1.5之间的要求，同时对厌氧氨氧化颗粒污泥区(1-1)出水水质实时调控；
所述的步骤(五)，在回流操作(四)运行的工况下，通过第一内回流阀门(4)的开闭，第一内回流泵(12)的启停，第一内回流流量计(6)的调节，完成对MABR膜组件(23)表面生物膜的定期冲洗。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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